Кольцевой струйный движитель Российский патент 2023 года по МПК B63H11/08 B63H1/12 B64C11/48 B64C29/00 

Изобретение относится к конструкции движителей, использующих реактивную силу в сочетании с эжекционным принципом создания потока воздуха или жидкости, и может быть применено при создании высокоэкономичных, маневренных, бесшумных движителей как летательных так и плавающих аппаратов.

Такие движители могут применяться вместо винтов на вертолётах, дисколётах, беспилотниках, подводных, надводных аппаратах и в других устройствах используемых как в военном, так и мирном назначениях.

При этом, например катер или подводное судно, может приводиться в действие лопастным винтом, или отдельно бесшумным движителем, или вариант комби, когда вращается винт и дисковый движитель одновременно.

Известны случаи создания вертолёта по Стелс технологии, но при этом вращательное движение винта вертолёта большого диаметра в виду эффекта Доплера, сводит на нет малозаметность такого вертолёта.

Применение дискового движителя в чистом виде, или с напорным винтом внутри верхнего диска, сведет практически к минимуму возможность определения, поиска вертолёта с использованием эффекта Доплера.

У таких движителей механическая, конструктивная прочность, жесткость и размеры, движущая и подъёмная сила могут многократно превосходить аналогичные винтовые конструкции.

Известны движители, в которых предлагается совместное использование как эжекционных, так и реактивных сил. Их устанавливают по бокам самолета. Они имеют управляемые жалюзи и располагаются между воздушными полостями задних крыльев и выхлопными соплами, которые при открытии своими поверхностями частично заужают выхлопные каналы, увеличивая на этом участке скорость протекания выхлопных газов, и этим создают эффект эжекции для просасывания через задние жалюзи воздуха с верхней плоскости задних крыльев, при этом в задней части крыльев устанавливают элероны, а на хвостовой части самолета - киль и курсовой руль.

Движитель содержит корпус выполненный в форме кольца с полостью, сопла, функция которых подача через них воздуха, а в каждом сегменте сверху и/или снизу крыла выполнено не менее чем по одной щели, ведущей внутрь каждого сегмента, причем щели выполнены с возможностью перекрытия их посредством клапанов (RU933361, 27.04.2010). Недостатком данной конструкции является то, что в связи с конструктивными особенностями данный движитель может работать только в паре с другим аналогичным.

Известен движитель содержащий корпус, выполненный в форме кольцеобразного диска и размещенный под ним с зазором дополнительным диск, приводной вал (RU 2435707, 2011.12.10). Недостатком конструкции данного движителя является то, что в нем создается шум от лопастей расположенного в его корпусе приводного винта.

Наиболее близким по своей технической сущности является движитель содержащий кольцеобразный диск с овальной поверхностью и установленный под ним с зазором, на одной оси симметрии, дополнительный диск меньшего диаметра с приводным валом (RU 2586180, 10.06.2016).

К недостаткам данного движителя можно отнести то, что он развивает недостаточное усилие при больших габаритах. Этот фактор вызван несовершенством конструкции обтекателя воздушного потока.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является увеличение усилия, повышение аэродинамического качества, изменение вектора тяги.

Технической сущностью предлагаемой конструкции движителя является увеличение тяги за счет наложения совокупности эжекционного усилия реактивной тяги, создаваемой рабочим телом на выходе из сопла движителя, которое размещено по всей длине окружности основного кольцевого и дополнительного дисков корпуса.

Настоящая задача решается тем, что кольцевой струйный движитель, содержащий кольцеобразный диск с овальной формой поверхности и установленный под ним на одной оси симметрии с зазором, дополнительный диск меньшего диаметра с приводным валом, дополнительно содержит ротор на свободном конце которого установлен радиальный вентилятор, кольцеобразный диск жестко соединен с дополнительным диском меньшего диаметра, приводной вал выполнен пустотелым, ротор размещен внутри приводного вала диска меньшего диаметра с возможностью вращения его в сторону противоположную стороне вращения вала, при этом дополнительный диск меньшего диаметра выполнен с овальной поверхностью, а кольцевой зазор между кольцеобразным диском и размещенным под ним дополнительным диском выполнен уменьшающегося поперечного сечения по мере удаления от оси их симметрии.

Суть изобретения поясняется рисунками.

На фиг. 1 показана схема кольцевого струйного движителя, вид в разрезе сбоку.

На фиг. 2 вид кольцевого струйного движителя сверху

Кольцевой струйный движитель содержит кольцеобразный диск 1 с овальной поверхностью и установленный под ним на одной оси симметрии дополнительный диск 2 меньшего диаметра. Дополнительный диск 2 меньшего диаметра имеет также овальную форму поверхности. Дополнительный диск 2 установлен под кольцеобразным диском 1 с кольцевым зазором 3, поперечное сечение которого уменьшается по мере удаления от оси их симметрии. Приводной вал 4 жестко соединен с дополнительным диском 2 меньшего диаметра, а дополнительный диск 2 меньшего диаметра жестко - с кольцеобразным диском 1 перемычками 5. В центре кольцеобразного диска 1 размещено отверстие 6 для забора рабочего тела, которым может быть либо воздух, либо вода. Движитель содержит ротор 7, на свободном конце которого размещен радиальный вентилятор 8. Ротор 7 установлен внутри пустотелого приводного вала 4 с возможностью их вращения во взаимно противоположные стороны.

Движитель работает следующим образом. В отверстие 6 кольцеобразного диска при работе приводного вала происходит забор массы окружающей среды.

При вращении кольцеобразного диска 1 с овальной поверхностью и размещенного под ним дополнительного диска 2 меньшего диаметра с овальной поверхностью, имеющих аэродинамический профиль аналогично крылу самолёта, часть массы, жидкости или иной среды в которой они находятся, увлекается их овальной поверхностью диска и движется к концу окружности дисков и за счёт профиля их закругления, над поверхностью верхнего диска, возникает подъёмная сила.

В то же время за счёт трения массы о поверхности кольцеобразного и дополнительного дисков 1, 2 и центробежной силы, поступающая масса жидкости или газов, в кольцевой зазор 3 между дисками, с ускорением разгоняется, сжимается и с большой скоростью выбрасывается на выходе, из него, в результате чего получается эффект реактивной тяги.

За счёт большой скорости вращения, диски 1 и 2 вращаются в одну сторону, масса рабочего тела их обтекающего с ускорением и за счёт выпуклости их поверхности, направляется к их краям и отбрасывается назад.

Было отмечено, что движущая сила от верхнего кольцеобразного диска 1, составляет на уровне 30-35%, от общего давления, то есть движущая сила от реактивной тяги, получаемой между дисками, достигает 65-70% от общего получаемого давления.

При больших, высоких скоростях движения дисков, возможен разогрев, рабочего тела и если рабочим телом будет являться воздух то за счёт теплового расширения воздушной массы, эффект реактивного давления, тяги, будет увеличиваться.

При определённых условиях, если диски будут изготовлены, например из прочного пластика, за счёт трения, на поверхности дисков может образовываться электростатический заряд, например на поверхности верхнего диска отрицательный, а между дисками положительный, возникающее электростатическое взаимодействие заряженных частиц между собой, также приведёт к повышенному ускорению движения массы

Чтобы исключить момент реактивной тяги, закручивания самого корпуса аппарата в противоположное движение от вращения дисков, по оси их симметрии в пустотелом приводном валу 4 размещен ротор 7 на конце которого установлен радиальный вентилятор 8. Ротор 7 вращаясь в сторону противоположную вращению дисков 1 и 2 кроме создания дополнительной подъёмной силы, обдува верхнего кольцевого в аэродинамической форме крыла-диска и напора в междисковом кольцевом зазоре 3 исключает закручивание движителя в потоке получаемой реактивной струи обтекателей, который отбрасывая часть массы реактивной струи и компенсирует возникающий эффект закручивания.

В процессе моделирования процесса движения и проведения испытаний на различных моделях, устройствах, было отмечено, что движитель не только работает бесшумно, но и на поверхности воды (вариант катера, лодки или буксира), не возникают такие большие гребни, волны, как от работы винта и соответственно нет такого большого размывающего воздействия на берега водоёма.

Изобретение относится к конструкции воздушных и водных движителей. Кольцевой струйный движитель содержит кольцеобразный диск с овальной формой поверхности и установленный под ним на одной оси симметрии с зазором дополнительный диск меньшего диаметра с приводным валом. Движитель дополнительно содержит ротор, на свободном конце которого размещен винт. Кольцеобразный диск жестко соединен с дополнительным диском меньшего диаметра. Приводной вал выполнен пустотелым. Ротор размещен внутри приводного вала диска меньшего диаметра с возможностью вращения его в сторону, противоположную стороне вращения вала. Дополнительный диск меньшего диаметра выполнен с овальной поверхностью, а кольцевой зазор между кольцеобразным диском и размещенным под ним дополнительным диском меньшего диаметра выполнен уменьшающегося поперечного сечения по мере удаления от оси их симметрии. Обеспечивается повышение тяги, аэродинамического качества, изменение вектора тяги. 2 ил.

Кольцевой струйный движитель, содержащий кольцеобразный диск с овальной формой поверхности и установленный под ним на одной оси симметрии с зазором дополнительный диск меньшего диаметра с приводным валом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ротор, на свободном конце которого установлен радиальный вентилятор, кольцеобразный диск жестко соединен с дополнительным диском меньшего диаметра, приводной вал выполнен пустотелым, ротор размещен внутри приводного вала диска меньшего диаметра с возможностью вращения его в сторону, противоположную стороне вращения вала, при этом дополнительный диск меньшего диаметра выполнен с овальной поверхностью, а кольцевой зазор между кольцеобразным диском и размещенным под ним дополнительным диском выполнен уменьшающегося поперечного сечения по мере удаления от оси их симметрии.